Как уменьшить вибрацию и улучшить управляемость катера

В «КиЯ» уже неоднократно рассматривалось применение кольцевых насадок как для стационарных двигателей, так и для. подвесных моторов¹. При их помощи КПД винта можно повысить на 10—20%, защитить винт от ударов о подводные препятствия, уменьшить не только ходовой дифферент, но и уровень вибрации.

Чем вызывается ходовая вибрация? Гребной винт работает за корпусом судна в неравномерном потоке, причем за счет подтормаживающего влияния днища скорость потока в верхней части диска винта меньше, чем в нижней. Поэтому, когда лопасть проходит верхнее положение, она попадает в поток с меньшей скоростью; в этот момент угол атаки увеличивается, следовательно, увеличивается и момент сопротивления вращению винта. Это вызывает вибрацию катера. Чтобы ее уменьшить, поток необходимо разогнать в верхней части диска. Для этого насадке следует придать асимметричную форму; в ее верхней части поток будет разгоняться больше, чем в нижней. Асимметричную форму можно получить, изменяя либо толщину профиля насадки, либо форму (рис. 1, а, б). Насадка, профиль которой изображен на рис. 1, б, проще в изготовлении (чертеж такой насадки сварной конструкции показан на рис. 1, в).

Аналогичная насадка из нержавеющей стали толщиной 1 мм была изготовлена автором. Однако через 40—60 ч работы на цилиндрической обечайке, расположенной напротив концов лопастей, появились усталостные трещины. Поэтому толщину цилиндрической обечайки пришлось увеличить до 2 мм. В случае изготовления насадки из обычной стали цилиндрическую обечайку необходимо выполнять из нержавеющей стали. В противном случае при малых зазорах между концами лопастей и насадкой будет происходить интенсивный эрозионный износ. (Напомним, что для получения высокого КПД величина этого зазора не должна превышать 0.005D винта). Попытки защитить эти поверхности от эрозионного износа оклейкой стеклотканью не увенчались успехом. Из-за знакопеременных нагрузок, возникающих при вращении лопастей, стеклопластик быстро растрескивался, а затем отслаивался. К сожалению, автору не удалось измерить уменьшение вибрации. Однако эксперименты, проведенные в большом судостроении, показывают, что благодаря применению насадок вибрация уменьшается в два и более раза. Следует отметить, что КПД асимметричной насадки выше, чем обычной, на 2—4%.

Жестко закрепленная к корпусу насадка защищает винт от ударов о подводные препятствия, однако прочно закрепить ее очень трудно. Поэтому насадка рассматриваемой конструкции при ударе о подводное препятствие откидывается вместе с винтом². Ось откидывания расположен на уровне днища (рис. 2,6). Усилие упора на переднем и заднем ходу передается на транец трубчатой тягой, оканчивающейся крюком.


При заднем ходе этот крюк упирается в подпружиненный рычаг. При ударе насадки о подводное препятствие крюк поднимает рычаг, шлицевая муфта выходит из зацепления, передача откидывается.

Следует отметить, что отсутствие в шлицевой передаче ограничений по передаваемому моменту позволяет применять малооборотные винты без увеличения диаметра гондолы. Это, как и наличие насадки, позволяет на скоростях до 30 км/ч иметь более высокий пропульсивный КПД, чем у угловых колонок. Кроме того данная передача значительно проще в изготовлении, чем угловая колонка.

Схема, представленная на рис. 2, б, позволила уменьшить вес и размеры, а также повысить прочность и жесткость откидной передачи по сравнению со схемой, показанной на рис. 2, а. Сравнивая схемы, можно заметить, что габариты передачи во многом определяются размером руля. Увеличение ширины руля уменьшает минимальный радиус циркуляции, зато заметно понижает скорость движения на циркуляции. Особенно это сказывается при плавании на волнении, когда для предотвращения зарыскивания катера приходите# периодически перекладывать руль на значительный угол.

Управляемость на волнении можно ощутимо повысить при помощи установки из трех рулей. В настоящее время такие установки получили широкое распространение на океанских буксирах. Суммарная площадь трех рулей обычно составляет 180—250% от одиночного; ширина каждого из них — 60—80% от ширины одиночного. Таким образом, габариты утроенных рулей оказываются меньше.

На испытаниях буксиры, оснащенные установкой из трех рулей, имели радиус циркуляции в два-три раза меньше, чем обычные. В условиях волнения при повороте рулей на угол до 30° он был заметно меньше, чем при максимальной перекладке одиночного руля, при этом потери скорости оказывались минимальными.


При дальнейшем повороте рулей (максимальный угол поворота строенных рулей составлял 50—60°) боковая сила руля увеличивалась за счет реакции потока от винта. Диск винта при этом полностью перекрывался рулями, что приводило к резкому падению скорости; она составляла 25—30% от первоначальной. Правда, такое снижение скорости и сочетании с минимальным радиусом циркуляции весьма удобно при плаваний в узкостях, швартовке и т. д.

Примечания

1. См. «КЯ» №51, №56, №95.

2. Схема откидной передачи со шлицевой разобщительной муфтой, представленная на рис. 2, а, подробно была описана в «КЯ» №28 и №65, а также в книге «Автомобильный двигатель на катере». Л., «Судостррение», 1980.